JPH0778547B2 - 核融合装置 - Google Patents
核融合装置Info
- Publication number
- JPH0778547B2 JPH0778547B2 JP63014399A JP1439988A JPH0778547B2 JP H0778547 B2 JPH0778547 B2 JP H0778547B2 JP 63014399 A JP63014399 A JP 63014399A JP 1439988 A JP1439988 A JP 1439988A JP H0778547 B2 JPH0778547 B2 JP H0778547B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pyrolytic graphite
- graphite
- fixing plate
- wall
- tile
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は核融合装置に関し、特に核融合装置の第１
壁、即ちリミタ，ダイバータ等を含めた、プラズマに面
して設置される構造物全般に係るものである。
壁、即ちリミタ，ダイバータ等を含めた、プラズマに面
して設置される構造物全般に係るものである。
［従来の技術］ 核融合装置の第１壁はプラズマに近接して設置され、プ
ラズマからの熱負荷、粒子負荷を受けるなど厳しい環境
下にある。特にリミタ，ダイバータといったものは高熱
負荷を受けており、熱負荷条件は今後更に厳しくなって
いくことが予想される。
ラズマからの熱負荷、粒子負荷を受けるなど厳しい環境
下にある。特にリミタ，ダイバータといったものは高熱
負荷を受けており、熱負荷条件は今後更に厳しくなって
いくことが予想される。
第１壁の材料として使われるものの１つにグラファイト
がある。グラファイトはプラズマに対する不純物の観点
から優れているとされる低原子番号材であり、高い耐熱
衝撃性も有しているものである。
がある。グラファイトはプラズマに対する不純物の観点
から優れているとされる低原子番号材であり、高い耐熱
衝撃性も有しているものである。
第７図は従来のグラファイトを使った第１壁の構造を示
す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）
の線Ａ−Ａにおける断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）の
正面図である。
す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）
の線Ａ−Ａにおける断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）の
正面図である。
従来の第１壁は第７図（ａ）〜（ｃ）から明らかなよう
にグラファイトをボルトなどにより機械的に固定したも
のが主流である。ここではグラファイト・タイル１に金
属の固定板２を通し、この固定板２と金属の基板３とが
連結材であるボルト４を用いて固定されている。プラズ
マに面するグラファイト・タイル１にプラズマからの入
熱があり、その熱量は基板３に接触して熱伝達により伝
達されるかもしくは熱放射により散逸されていく。この
方式ではグラファイト・タイル１と金属の基板３の間の
熱伝達特性は充分とは言えないが、比較的短時間であれ
ば高い熱負荷に対しても充分使用可能である。
にグラファイトをボルトなどにより機械的に固定したも
のが主流である。ここではグラファイト・タイル１に金
属の固定板２を通し、この固定板２と金属の基板３とが
連結材であるボルト４を用いて固定されている。プラズ
マに面するグラファイト・タイル１にプラズマからの入
熱があり、その熱量は基板３に接触して熱伝達により伝
達されるかもしくは熱放射により散逸されていく。この
方式ではグラファイト・タイル１と金属の基板３の間の
熱伝達特性は充分とは言えないが、比較的短時間であれ
ば高い熱負荷に対しても充分使用可能である。
グラファイトの第１壁は上記の如く優れた性質を示し、
現在運転中の核融合装置では広く使用されている。しか
しながら、将来の核融合装置では更に高い熱負荷が第１
壁（リミタ，ダイバータなど）に与えられることが予測
される。グラファイトに高熱負荷（例えば2kw/cm2×3se
c,4kw/cm2×1sec以上）を与えると、表面が2800℃程度
以上の温度に達し、グラファイト表面からの昇華損耗厚
みは数10μm/sec程度以上と大きくなる。この結果、プ
ラズマへの炭素原子の混入が増大し、プラズマに不純物
制御上大きな悪影響を及ぼすという問題があった。又、
高熱のためグラファイト表面の損耗も大きくなり、第１
壁の寿命が短くなるという問題もあった。
現在運転中の核融合装置では広く使用されている。しか
しながら、将来の核融合装置では更に高い熱負荷が第１
壁（リミタ，ダイバータなど）に与えられることが予測
される。グラファイトに高熱負荷（例えば2kw/cm2×3se
c,4kw/cm2×1sec以上）を与えると、表面が2800℃程度
以上の温度に達し、グラファイト表面からの昇華損耗厚
みは数10μm/sec程度以上と大きくなる。この結果、プ
ラズマへの炭素原子の混入が増大し、プラズマに不純物
制御上大きな悪影響を及ぼすという問題があった。又、
高熱のためグラファイト表面の損耗も大きくなり、第１
壁の寿命が短くなるという問題もあった。
そこで、非常に高い熱負荷に対しては通常のグラファイ
トより熱伝導の良い低原子番号材料を使用することが要
求される。
トより熱伝導の良い低原子番号材料を使用することが要
求される。
第４図は熱分解黒鉛について示した図である。この第４
図から明らかなように、熱分解黒鉛は異方性材料である
が、熱分解黒鉛の積層面に平行な方向（以下ａ方向とい
う）には熱伝導率が大きい材料である。なお、熱分解黒
鉛積層面と垂直な方向（以下ｃ方向という）には熱伝導
率が比較的小さい。このａ方向に良い熱伝導特性を利用
すると、非常に高い熱負荷に対しても表面温度は比較的
低く抑えられ、表面からの昇華損耗も小さくなる。従
来、この熱分解黒鉛を第７図と同じ構造で固定する方式
がある。更にこれとは異なる従来の方式としては第８図
に示す構造（特開昭52−92097号）がある。この特開昭5
2−92097号においては複数個の板状熱分解黒鉛51を並べ
て棒材52を貫通させ、両端で金属板53をあてがいつつ固
定する方式をとっている。
図から明らかなように、熱分解黒鉛は異方性材料である
が、熱分解黒鉛の積層面に平行な方向（以下ａ方向とい
う）には熱伝導率が大きい材料である。なお、熱分解黒
鉛積層面と垂直な方向（以下ｃ方向という）には熱伝導
率が比較的小さい。このａ方向に良い熱伝導特性を利用
すると、非常に高い熱負荷に対しても表面温度は比較的
低く抑えられ、表面からの昇華損耗も小さくなる。従
来、この熱分解黒鉛を第７図と同じ構造で固定する方式
がある。更にこれとは異なる従来の方式としては第８図
に示す構造（特開昭52−92097号）がある。この特開昭5
2−92097号においては複数個の板状熱分解黒鉛51を並べ
て棒材52を貫通させ、両端で金属板53をあてがいつつ固
定する方式をとっている。
［発明が解決しようとする課題］ 上述のように、高い熱負荷に対しては熱分解黒鉛の第１
壁を使用することが従来から考えられるが、これら従来
の方式で熱分解黒鉛をプラズマ側表面材として使用した
時、次の問題点が生じる。即ち、熱分解黒鉛は積層材料
であり、材料として積層面と垂直な方向の強度（特に引
張強度）が非常に小さく、積層面に沿ってクラックが入
る危険性がある。従って、端部に近い所にクラックが入
ると、従来の構造では第９図に示すように端部から熱分
解黒鉛タイルの１部が脱落するなどの可能性が生じる。
壁を使用することが従来から考えられるが、これら従来
の方式で熱分解黒鉛をプラズマ側表面材として使用した
時、次の問題点が生じる。即ち、熱分解黒鉛は積層材料
であり、材料として積層面と垂直な方向の強度（特に引
張強度）が非常に小さく、積層面に沿ってクラックが入
る危険性がある。従って、端部に近い所にクラックが入
ると、従来の構造では第９図に示すように端部から熱分
解黒鉛タイルの１部が脱落するなどの可能性が生じる。
これに対して、第８図のように両側からはさみつける従
来の方式では、上記のような脱落する可能性はないもの
の、第10図に示すように熱分解黒鉛のタイルを隙間なく
設置することができず、ギャップが生じる。このように
ギャップが生じると、ダイバータやリミタのギャップ部
付近での負荷が大きくなり損傷の原因となるし、又、プ
ラズマに対して不純物の原因にもなる。
来の方式では、上記のような脱落する可能性はないもの
の、第10図に示すように熱分解黒鉛のタイルを隙間なく
設置することができず、ギャップが生じる。このように
ギャップが生じると、ダイバータやリミタのギャップ部
付近での負荷が大きくなり損傷の原因となるし、又、プ
ラズマに対して不純物の原因にもなる。
この発明はかかる従来の課題を解決するためになされた
もので、熱分解黒鉛のタイルを隙間なく（もしくは小さ
い間隙で）設置でき、しかも熱分解黒鉛全体をｃ方向に
はさみつけることにより、仮にクラックが入っても脱落
しない構造の第１壁を有する核融合装置を提供すること
を目的とする。
もので、熱分解黒鉛のタイルを隙間なく（もしくは小さ
い間隙で）設置でき、しかも熱分解黒鉛全体をｃ方向に
はさみつけることにより、仮にクラックが入っても脱落
しない構造の第１壁を有する核融合装置を提供すること
を目的とする。
［課題を解決するための手段］ 上記の目的を解決するために、この発明の核融合装置の
第１壁は熱分解黒鉛に対してｃ方向に貫通する固定板を
設け、固定板の両端から熱分解黒鉛全体をｃ方向にはさ
み込みつつ保持することにより、熱分解黒鉛をｃ方向に
一体化して、熱分解黒鉛のｃ方向に弱い強度を補うもの
である。さらに前記固定板の両端にテーパ状にした部分
を設けることにより、固定板で熱分解黒鉛タイルをｃ方
向にはさみ込む構造をとりつつ、熱分解黒鉛タイルの面
から固定板が外へとびださないような構造にしている。
第１壁は熱分解黒鉛に対してｃ方向に貫通する固定板を
設け、固定板の両端から熱分解黒鉛全体をｃ方向にはさ
み込みつつ保持することにより、熱分解黒鉛をｃ方向に
一体化して、熱分解黒鉛のｃ方向に弱い強度を補うもの
である。さらに前記固定板の両端にテーパ状にした部分
を設けることにより、固定板で熱分解黒鉛タイルをｃ方
向にはさみ込む構造をとりつつ、熱分解黒鉛タイルの面
から固定板が外へとびださないような構造にしている。
［作用］ 本発明の構造により、熱分解黒鉛タイルが金属基板に固
定され、非常に高い熱負荷に対しても昇華損耗を小さく
抑えることができる。しかも、積層面に沿って熱分解黒
鉛はクラックが入りやすいという特性（欠点）を有して
いるが、仮にクラックが入っても脱落することなく、所
定の位置に保持できて、しかも、熱分解黒鉛タイルから
領域的に横にとびでることなく固定される。
定され、非常に高い熱負荷に対しても昇華損耗を小さく
抑えることができる。しかも、積層面に沿って熱分解黒
鉛はクラックが入りやすいという特性（欠点）を有して
いるが、仮にクラックが入っても脱落することなく、所
定の位置に保持できて、しかも、熱分解黒鉛タイルから
領域的に横にとびでることなく固定される。
［実施例］ 核融合装置のグラファイトの第１壁は高熱負荷に耐えう
るものであることを要求され、将来的には更に高くて長
い熱負荷に使用でき、表面の昇華損耗の小さいものを用
いる必要がある。
るものであることを要求され、将来的には更に高くて長
い熱負荷に使用でき、表面の昇華損耗の小さいものを用
いる必要がある。
第１図は本発明の核融合装置の一実施例である第１壁構
造の例を示した図で、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）
は同図（ａ）の線Ａ−Ａにおける側断面図、同図（ｃ）
は正面図である。
造の例を示した図で、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）
は同図（ａ）の線Ａ−Ａにおける側断面図、同図（ｃ）
は正面図である。
第１図において、熱分解黒鉛タイル11には熱分解黒鉛材
料のｃ方向に貫通する穴が設けられ、この穴の中には固
定板12が取り付けられている。ここで、この固定板12の
両端には、端部にむかってひろがっていくテーパ状の端
部固定具13が連結材14でもって連結されている。両側に
このような端部固定具13を固定板12に連結することによ
り、熱分解黒鉛タイル11はｃ方向に一体化される。更に
固定板12は連結材15でもって金属の基板16に固定され
る。
料のｃ方向に貫通する穴が設けられ、この穴の中には固
定板12が取り付けられている。ここで、この固定板12の
両端には、端部にむかってひろがっていくテーパ状の端
部固定具13が連結材14でもって連結されている。両側に
このような端部固定具13を固定板12に連結することによ
り、熱分解黒鉛タイル11はｃ方向に一体化される。更に
固定板12は連結材15でもって金属の基板16に固定され
る。
第２図は本発明に関わる第１壁構造の他の実施例を示し
た図である。
た図である。
この構造は第１図のものと同様であるが、ここでは基板
17にあらかじめ固定板18が溶接などにより固着されてい
る。一方、熱分解黒鉛タイル19には、この固定板18の形
状に対応した形でｃ方向に貫通した座ぐり（溝加工）が
行われている。熱分解黒鉛タイル19をこの固定板18に沿
ってスライドさせて挿入した後、固定板18の両端にテー
パ状の端部固定具21を連結材20でもって連結したもので
ある。これにより、熱分解黒鉛タイル19はｃ方向に一体
化される。
17にあらかじめ固定板18が溶接などにより固着されてい
る。一方、熱分解黒鉛タイル19には、この固定板18の形
状に対応した形でｃ方向に貫通した座ぐり（溝加工）が
行われている。熱分解黒鉛タイル19をこの固定板18に沿
ってスライドさせて挿入した後、固定板18の両端にテー
パ状の端部固定具21を連結材20でもって連結したもので
ある。これにより、熱分解黒鉛タイル19はｃ方向に一体
化される。
第３図は本発明の実施例である熱分解黒鉛タイルを用い
た第１壁の構造の概略断面図で、熱分解黒鉛タイルが隙
間なく配置できる様子を示している。
た第１壁の構造の概略断面図で、熱分解黒鉛タイルが隙
間なく配置できる様子を示している。
第５図は第１壁に用いられる熱分解黒鉛と、グラファイ
トの熱伝導率の関係を示した図であり、また、第６図は
熱分解黒鉛とグラファイトにおける温度と昇華損耗量の
解析結果を示した図である。
トの熱伝導率の関係を示した図であり、また、第６図は
熱分解黒鉛とグラファイトにおける温度と昇華損耗量の
解析結果を示した図である。
本発明の実施例の第１壁ではプラズマ側材料に熱分解黒
鉛を使っているので、第５図に示すように熱伝導が大き
く、また第６図に示すように表面の温度を低くでき、昇
華損耗も小さく抑制できる。しかしながら熱分解黒鉛に
は異方性もあり、金属の基板に冶金的に接合することは
容易でなく、まず機械的に固定する方式が考えられる。
機械的に固定する方式は長時間の熱負荷に対しては問題
があるが、比較的短時間の熱負荷に対しては充分適用で
きる。一方、熱分解黒鉛にはｃ方向（積層面と垂直な方
向）に対する引張強度が小さく、ａ面（積層面）に沿っ
てクラックが入り易い傾向がある。
鉛を使っているので、第５図に示すように熱伝導が大き
く、また第６図に示すように表面の温度を低くでき、昇
華損耗も小さく抑制できる。しかしながら熱分解黒鉛に
は異方性もあり、金属の基板に冶金的に接合することは
容易でなく、まず機械的に固定する方式が考えられる。
機械的に固定する方式は長時間の熱負荷に対しては問題
があるが、比較的短時間の熱負荷に対しては充分適用で
きる。一方、熱分解黒鉛にはｃ方向（積層面と垂直な方
向）に対する引張強度が小さく、ａ面（積層面）に沿っ
てクラックが入り易い傾向がある。
［発明の効果］ 本発明では、熱分解黒鉛タイルに貫通する穴もしくは座
ぐりが設けられて、この部分に固定板が通されており、
かつ固定板の両端にテーパ状の端部固定具を取りつけ、
ｃ方向に締めつけることにより、熱分解黒鉛タイルには
あらかじめｃ方向に圧縮が与えられ、熱分解黒鉛のａ面
に沿ったクラック（ｃ方向引っ張りに起因する）の発生
が抑制される。又、仮にクラックが発生したとしても、
ａ面に沿ったクラックであれば熱分解黒鉛タイルの１部
が脱落することのない構造となっている。
ぐりが設けられて、この部分に固定板が通されており、
かつ固定板の両端にテーパ状の端部固定具を取りつけ、
ｃ方向に締めつけることにより、熱分解黒鉛タイルには
あらかじめｃ方向に圧縮が与えられ、熱分解黒鉛のａ面
に沿ったクラック（ｃ方向引っ張りに起因する）の発生
が抑制される。又、仮にクラックが発生したとしても、
ａ面に沿ったクラックであれば熱分解黒鉛タイルの１部
が脱落することのない構造となっている。
又、この構造では積層方向に比較的薄い熱分解黒鉛材料
を複数個並べて使うことも可能であり、材料供給上のメ
リットもある。
を複数個並べて使うことも可能であり、材料供給上のメ
リットもある。
更に、固定板及び端部固定具が熱分解黒鉛タイルから外
に突出することなく、熱分解黒鉛タイル全体がｃ方向に
締めつけられているので、熱分解黒鉛タイル複数個設置
する時に近接するタイル間にギャップを置かずに密着し
て置くことが可能となる。従ってギャップ巾が大きくな
ることによるギャップに近接する部分の熱負荷の増大の
ために生ずるリミタやダイバータに与える損傷を考慮す
る必要はない。
に突出することなく、熱分解黒鉛タイル全体がｃ方向に
締めつけられているので、熱分解黒鉛タイル複数個設置
する時に近接するタイル間にギャップを置かずに密着し
て置くことが可能となる。従ってギャップ巾が大きくな
ることによるギャップに近接する部分の熱負荷の増大の
ために生ずるリミタやダイバータに与える損傷を考慮す
る必要はない。
第１図は本発明の核融合装置の一実施例である第１壁構
造の例を示した図、第２図は本発明に関わる第１壁構造
の他の実施例を示した図、第３図は本発明の実施例であ
る熱分解黒鉛タイルを用いた第１壁の構造の概略断面
図、第４図は熱分解黒鉛について示した図、第５図は第
１壁に用いられる熱分解黒鉛と、グラファイトの熱伝導
率の関係を示した図、第６図は熱分解黒鉛とグラファイ
トにおける温度と昇華損耗量の解析結果を示した図、第
７図は従来のグラファイトを使った第１壁の構造を示す
図、第８図は熱分解黒鉛を使用した他の従来例を示す
図、第９図は熱分解黒鉛の層剥離の状況を示す図、第10
図は従来の単一の熱分解黒鉛タイルを隣接配置する場合
の隙間の発生を示す図である。 図中． 11,19:熱分解黒鉛タイル 12,18:固定板 13,21:端部固定具 14,15,20:連結材 16,17:基板
造の例を示した図、第２図は本発明に関わる第１壁構造
の他の実施例を示した図、第３図は本発明の実施例であ
る熱分解黒鉛タイルを用いた第１壁の構造の概略断面
図、第４図は熱分解黒鉛について示した図、第５図は第
１壁に用いられる熱分解黒鉛と、グラファイトの熱伝導
率の関係を示した図、第６図は熱分解黒鉛とグラファイ
トにおける温度と昇華損耗量の解析結果を示した図、第
７図は従来のグラファイトを使った第１壁の構造を示す
図、第８図は熱分解黒鉛を使用した他の従来例を示す
図、第９図は熱分解黒鉛の層剥離の状況を示す図、第10
図は従来の単一の熱分解黒鉛タイルを隣接配置する場合
の隙間の発生を示す図である。 図中． 11,19:熱分解黒鉛タイル 12,18:固定板 13,21:端部固定具 14,15,20:連結材 16,17:基板
Claims (1)
- 【請求項１】核融合装置において、積層構造の結晶を有
する熱分解黒鉛タイルの少なくとも１個がプラズマに面
した第１壁として設置され、この熱分解黒鉛タイルの各
積層面に垂直な方向に固定板が貫通され、この固定板の
両端に、端部方向に広がったテーパ状の部材が連結さ
れ、さらに前記固定板が基板に支持あるいは固定され、
かつ前記基板は熱分解黒鉛タイルを介してプラズマに面
した構成を有することを特徴とする核融合装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63014399A JPH0778547B2 (ja) | 1988-01-27 | 1988-01-27 | 核融合装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63014399A JPH0778547B2 (ja) | 1988-01-27 | 1988-01-27 | 核融合装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01191092A JPH01191092A (ja) | 1989-08-01 |
| JPH0778547B2 true JPH0778547B2 (ja) | 1995-08-23 |
Family
ID=11859968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63014399A Expired - Lifetime JPH0778547B2 (ja) | 1988-01-27 | 1988-01-27 | 核融合装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0778547B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102520125B (zh) * | 2011-12-17 | 2014-09-10 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 一种具有参考角结构的面向等离子体实验部件 |
| CN106504805B (zh) * | 2016-12-30 | 2018-09-21 | 清华大学天津高端装备研究院 | 一种反应堆石墨砖抓取机构 |
| CN117133482B (zh) * | 2023-10-25 | 2024-02-13 | 陕西星环聚能科技有限公司 | 一种石墨瓦限制器及聚变装置 |
-
1988
- 1988-01-27 JP JP63014399A patent/JPH0778547B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01191092A (ja) | 1989-08-01 |
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